npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562922030320npe-191Research ArticleБезопасность ядерных реакторовSafety of Nuclear ReactorsМеханизмы развития продольных трещин в оболочках твэлов при скачках мощностиMechanisms of the Cladding Tubes Axial Cracking in Power Ramp TestsНовиковВ. В.NovikovV. V.

Москва, 123060

Moscow, 123060

ПлясовА. А.PlyasovA. A.

Москва, 123060

Moscow, 123060

alex_plyasov@mail.ruВысокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара (АО “ВНИИНМ”)РоссияSC Bochvar High-Tech Research Institute of Inorganic Materials (VNIINM)Russian Federation202331122023142119130Copyright © Новиков В.В., Плясов А.А., 20232023Новиков В.В., Плясов А.А.Novikov V.V., Plyasov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/191

В начале 1990-х гг. в АО “ГНЦ НИИАР” совместно с АО “ВНИИНМ” проводились работы по облучению в реакторе МИР экспериментальных твэлов с оболочкой из сплава Э110 и различными топливными композициями. При повторном изучении результатов этих работ было обнаружено, что за время испытаний твэлы несколько раз оказывались в условиях скачка мощности. Как следствие, отдельные твэлы разгерметизировались, причем оболочка одного из них разрушилась путем распространения продольной длинной трещины. В настоящей работе представлены ранее не публиковавшиеся результаты послереакторных исследований этих разгерметизированных твэлов и проанализированы возможные механизмы разрушения оболочки путем распространения длинной продольной трещины. Показано, что ключевыми факторами, влияющими на образование длинных продольных трещин на оболочках при скачках мощности, являются гидридное охрупчивание и радиационное упрочнение. Однако, имеющиеся к настоящему времени данные не позволяют заключить, какой из рассмотренных механизмов разрушения реализовался в ходе эксперимента.

In the early 1990th the research program to investigate experimental fuel rods with different fuel compositions and claddings in the research reactor MIR was carried out by JSC “SSC Research Institute of Atomic Reactors” and JSC “VNIINM”. Reexamination of the program reports containing results of postirradiation tests allows ascertaining that some rods with the zirconium alloy E110 cladding tubes were subjected to the power ramp conditions. As a result some rods failed, but one of them demonstrated axial cracking from one end to the other. Unpublished results of the damaged fuel rods inspection are presented here. Different mechanisms of the cladding tubes axial cracking have been analyzed. It is shown that the key factors for axial cracking of claddings after power ramps are hydrogen embrittlement and radiation hardening of a material. However, to the moment it is not enough information to exactly select which mechanism of cladding failure was realized.

скачок мощностиоболочка твэлациркониевые сплавыЭ110продольная трещинамеханизмы растрескиванияводородное охрупчиваниезамедленное гидридное растрескиваниеpower rampfuel claddingzirconium alloyE110longitudinal crackmechanisms of embrittlementhydrogen embrittlementdelayed hydride crackingReferencesSakurai H., Wakashima Y. et al. // Proc. Int. Topical Meeting on LWR Fuel Performance. P. 515.Sakurai H., Wakashima Y. et al. // Proc. Int. Topical Meeting on LWR Fuel Performance. P. 515.Shimada S. et al. // J. Nucl. Mater. 2004. V. 327. P. 97.Shimada S. et al. // J. Nucl. Mater. 2004. V. 327. P. 97.Hayashi H., Ogata K., Baba T., Kamimura K. // J. Nucl. Sci. Technol. 2006. V. 43. P. 1128.Hayashi H., Ogata K., Baba T., Kamimura K. // J. Nucl. Sci. Technol. 2006. V. 43. P. 1128.Novikov V.V., Bibilashvilli Yu.K., Mikheev E.N. et al. // At. Energy. 2008. V. 105 (4). P. 262.Novikov V.V., Bibilashvilli Yu.K., Mikheev E.N. et al. // At. Energy. 2008. V. 105 (4). P. 262.Sakamoto K., Nakatsuka M., Higuchi T. // J. ASTM Int. 2010. V. 7 (6). P. JAI102938. https://doi.org/10.1520/JAI102938Sakamoto K., Nakatsuka M., Higuchi T. // J. ASTM Int. 2010. V. 7 (6). P. JAI102938. https://doi.org/10.1520/JAI102938Cox B. Report AECL-3551. 1970. Chalk River: Atomic Energy of Canada Limited.Cox B. Report AECL-3551. 1970. Chalk River: Atomic Energy of Canada Limited.Park S.U. et al. // J. Nucl. Mater. 2008. V. 372. P. 293.Park S.U. et al. // J. Nucl. Mater. 2008. V. 372. P. 293.Novikov V.V. // At. Energy. 1991. V. 71. P. 557.Novikov V.V. // At. Energy. 1991. V. 71. P. 557.Motta A.T. et al. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 518. P. 440.Motta A.T. et al. // J. Nucl. Mater. 2019. V. 518. P. 440.Puls M.P. The Effect of Hydrogen and Hydrides on the Integrity of Zirconium Alloy Components. Delayed Hydride Cracking. 2012. London: Springer-Verlag.Puls M.P. The Effect of Hydrogen and Hydrides on the Integrity of Zirconium Alloy Components. Delayed Hydride Cracking. 2012. London: Springer-Verlag.Sakamoto K., Nakatsuka M., Higuchi T. // Proc. Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM2008). 2008. Seul, South Korea.Sakamoto K., Nakatsuka M., Higuchi T. // Proc. Water Reactor Fuel Performance Meeting (WRFPM2008). 2008. Seul, South Korea.Raynaud P.A., Koss D.A., Motta A.T. // J. Nucl. Mater. 2012. V. 420. P. 69.Raynaud P.A., Koss D.A., Motta A.T. // J. Nucl. Mater. 2012. V. 420. P. 69.Chu H.C., et al. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 362. P. 93.Chu H.C., et al. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 362. P. 93.Alvarez-Holston A-M., Lysell J., Grigoriev V. // Proc. LWR Fuel Performance Meeting. 2007. San Francisco, CA, USA. P. 1080.Alvarez-Holston A-M., Lysell J., Grigoriev V. // Proc. LWR Fuel Performance Meeting. 2007. San Francisco, CA, USA. P. 1080.Min S.-J., Kim M.-S., Kim K.-T. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 441. P. 306.Min S.-J., Kim M.-S., Kim K.-T. // J. Nucl. Mater. 2013. V. 441. P. 306.Yagnik S.K., Chen J-H., Kuo R-C. // Proc. 17th Int. Symposium on Zirconium in the Nuclear Industry.Yagnik S.K., Chen J-H., Kuo R-C. // Proc. 17th Int. Symposium on Zirconium in the Nuclear Industry.Markelov V.A., Gusev A.Yu., Saburov N.S. et al. // Deform. Razrush. Mater. 2012. V. 11. P. 42 (in Russian).Markelov V.A., Gusev A.Yu., Saburov N.S. et al. // Deform. Razrush. Mater. 2012. V. 11. P. 42 (in Russian).Kubo T., Kobatashi Y., Uchikoshi H. // J. Nucl. Mater. 2012. V. 427. P. 18.Kubo T., Kobatashi Y., Uchikoshi H. // J. Nucl. Mater. 2012. V. 427. P. 18.Huang F.H., Mills W.J. // Metall. Trans. A. 1991. V. 22. P. 2049.Huang F.H., Mills W.J. // Metall. Trans. A. 1991. V. 22. P. 2049.Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of Elasticity. 2010. India: McGraw-Hill Education.Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of Elasticity. 2010. India: McGraw-Hill Education.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.